Lösungen für das Wärmemanagement von BEVs

Die Klimaanlage von Elektrofahrzeugen erfüllt mehrere Funktionen im Hinblick auf Heiz- und Abkühlprozesse, um den Komfort der Passagiere zu gewährleisten und auch um das Batteriesystem und andere elektrische Baugruppen optimal zu konditionieren – direkt oder indirekt. Daher überwachen mehrere Temperatursensoren und Drucksensoren den Kühlkreislauf, sodass die Steuereinheit das komplette System über verschiedene Ventile regeln kann. Daher spielt die Klimaanlage eine wichtige Rolle im komplexen Wärmemanagement des Fahrzeugs.

Lösung von TDK

TDK bietet bewährte, robuste Sensorsysteme für verschiedene Anwendungen, um den Kühlkreislauf zu überwachen.

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 Temperatursensoren Kombinierte Druck- und Temperatursensoren 

Es ist wichtig, die Umgebungstemperatur zu überwachen, um essenzielle Informationen zu erhalten, um den Komfort der Passagiere zu gewährleisten und die Batterie optimal zu temperieren.

Lösung von TDK

TDK bietet bewährte, robuste Temperatursensoren an, mit denen sich die Außentemperatur sehr genau messen lässt. Diese Fühler lassen sich in die Stoßstange oder den Außenspiegel des Fahrzeugs integrieren.

Passende Produkte

Um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen und den Komfort für die Passagiere zu gewährleisten, ist es unerlässlich, mehrere Heiz- und Kühlanwendungen effizient zu kombinieren. Dies beruht auf der Tatsache, dass die gesamte Energie für Heiz- und Abkühlprozesse allein aus der Fahrzeugbatterie kommt.

Daher liegt der Schlüssel zu einer großen Reichweite und hohem Fahrgastkomfort darin, die verschiedenen Anwendungen innerhalb eines optimierten Wärmemanagements zu überwachen und zu regeln.

Lösung von TDK

TDK bietet eine breite Palette bewährter Sensorsysteme an, mit denen sich die Temperatur der Kabinenluft überwachen lässt. Darüber hinaus bietet das Unternehmen Temperatursensoren, um damit Anwendungen wie beheizte Lenkräder, Sitzheizungen und andere beheizte Oberflächen in Elektrofahrzeugen zu überwachen. Darüber hinaus verfügt TDK über ein breites Portfolio an PTC-Heizelementen für Luft und Flüssigkeiten sowie PTC-Heizmodulen für die Kabinen- und Batterieheizung von Elektrofahrzeugen.

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Temperatursensoren PTC-Heizelemente

Die Navigationssoftware in Elektrofahrzeugen (EVs) berücksichtigt Geschwindigkeitsbegrenzungen entlang der Route, um die Reichweite des Fahrzeugs abzuschätzen. Autobahnen – insbesondere wenn es keine Geschwindigkeitsbegrenzung gibt – scheiden aus, da der Luftwiderstand mit der Geschwindigkeit zum Quadrat zunimmt. Um die maximale Reichweite zu erhöhen, ohne die Höchstgeschwindigkeit zu begrenzen, müssen die aerodynamischen Widerstände reduziert werden. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass Kühleröffnungen mechanisch geschlossen, Spiegel eingeklappt oder Spoiler ausgefahren werden.

Lösung von TDK

Die auf Arm^® Cortex^®-M3 basierende Embedded-Motorcontroller-Familie HVC 4xxxF von TDK steuert Schritt- und bürstenlose Gleichstrommotoren in Lüftungsklappen, klappbaren Spiegeln oder Spoiler-Anwendungen. Damit lassen sich komplexe Motorsteuerungsalgorithmen (z. B. SVM für PMS-Motoren), eine Kommutierung in sechs Schritten mit Sensor-Feedback oder eine sensorlose Steuerung sowie verschiedene Schrittalgorithmen mit Strombegrenzung und Blockiererkennung realisieren. Mit der GPIO-Schnittstelle für Anwendungen ist es außerdem möglich, Sensoren für eine hochpräzise Motorsteuerung zu integrieren.

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Um die Reichweite von Elektrofahrzeugen (EVs) zu maximieren, konzentrieren sich die Autohersteller darauf, den Wirkungsgrad zu optimieren und die Batteriekapazität zu erhöhen. Dies stellt das Wärmemanagement-System von Elektrofahrzeugen vor neue Herausforderungen: Batterie, Ladesystem, Inverter, Motor und sogar die einzelnen Passagiere haben individuelle Ansprüche an die Temperatur, die untereinander nicht kompatibel sind.

Lösung von TDK

An jeder Stelle müssen Temperatursensoren vorhanden sein, um die lokalen Temperaturen zu messen. Temperaturventile verteilen und steuern die Kühl-/Heizflüssigkeiten. Speziell für diese Aufgaben hat TDK Sensor- und Motorsteuerungslösungen entwickelt, wie Temperatursensoren, streufeldrobuste 3D-Positionssensoren oder kleine LIN-gesteuerte Aktuatoren.

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 Positionssensoren Eingebettete Motorsteuerungen

Es gibt immer mehr Wärmeventile, um das Kältemittel in Hybrid- und Elektrofahrzeugen zu verteilen. Denn viele Hochleistungsanwendungen haben zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche thermische Anforderungen, z. B. die Kühlung von Schnellladegeräten während des Parkens, die Standheizung oder -kühlung, die Kühlung von Umrichtern zur Motorsteuerung und des Elektromotors während der Fahrt oder, um die Batterietemperatur während des Ladens und des Fahrens konstant zu halten.

Lösung von TDK

TDK hat Positionssensoren und Motorsteuerungen für den Einsatz in Wärmeventilen entwickelt: Der HVC 4xyzF steuert die Positionierung von Stellmotoren in thermischen Nadelventilen, während die 3D-Positionssensoren HAL 39xy lineare und rotierende Bewegungen präzise erfassen. Die HVCs vereinen Stromversorgungseinheit, Mikrocontroller, LIN-Transceiver, Motortreiber und Sensorschnittstellen in einem einzigen Gehäuse. Insbesondere Anwendungen mit hohen Spannungen und Strömen in Elektrofahrzeugen profitieren von streufeldfesten Hall-Effekt-Sensoren.

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 Positionssensoren Eingebettete Motor-Controller

Die Kühlmitteltemperatur in einer Batterie zu überwachen, ist eine Grundvoraussetzung, um deren Betriebszustand zu ermitteln und sicherzustellen, dass sie sicher und möglichst effizient arbeitet. Ist die Temperaturüberwachung unzureichend, kann dies dazu führen, dass Systemkomponenten verschleißen, sich die Betriebsdauer verkürzt oder die Bauelemente sogar ausfallen. Im schlimmsten Fall kann eine starke Überhitzung dazu führen, dass die Batterie anfängt zu brennen.

Lösung von TDK

An den Rohren angebrachte Sensoren, sogenannte „Clip-on“-Sensoren, messen die Temperatur des Kühlmittels. Da die Messfühler außen an den Kühlmittelrohren angebracht sind, bedarf es keiner weiteren Abdichtung, um sie vor dem Austreten von Kühlmittel zu schützen. Dadurch lassen sich die Rohre freier gestalten und die Sensoren lassen sich flexibler installieren als bei Lösungen, die eine Montagebohrung erfordern. Die Abmessungen der Sensoren und die elektrischen Parameter richten sich nach den kundenspezifischen Anforderungen.

• Klemmbefestigung 
• Wartungsfreundlichkeit
• Schnelle und zuverlässige Montage und Demontage 
• Keine Gefahr von Undichtigkeiten

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Batterien mit hoher Spannung sind bei genau definierten Betriebstemperaturen am effizientesten. Wird die Batterietemperatur zuverlässig überwacht und geregelt, überhitzt die Batterie nicht, was ihre Lebensdauer verlängert und die Sicherheit erhöht. Zu diesem Zweck ist die Batterietemperatur an mehreren Stellen zu messen, um eine lokale Überhitzung zu verhindern.

Lösung von TDK

TDK hat Temperatursensoren entwickelt, die einen optimalen Wärmekontakt zur Batterieoberfläche gewährleisten. Mithilfe einer Ringzunge aus einem anderen, mit der Batterieoberfläche kompatiblen Material lassen sie sich leicht anbringen. Die Typen mit Federlast werden mithilfe einer externen Spiralfeder, einer Blattfeder oder eines Kunststoffhakens an die Batterieoberfläche gepresst. Diese durchdachte Montagelösung gleicht Toleranzen an der Schnittstelle aus, sodass über die gesamte Lebensdauer hinweg der Wärmekontakt stets optimal ist. Darüber hinaus lässt sich die Ladezeit verkürzen, indem die Batterietemperatur innerhalb der Betriebstemperatur gehalten wird. Bei kalten Umgebungsbedingungen gelingt dies durch zusätzliches Aufheizen.

• Design aus Ringzunge, Federlast und Temperatursensor
• Hochspannungsfestigkeit und Feuchtebeständigkeit 
• Durchdachtes Montagekonzept zur Reduzierung des Temperaturversatzes

Die PTC-Grenztemperatur-Sensoren sind für sehr kleine Abmessungen in den SMD-Baugrößen 0402, 0603 und 0805 erhältlich. Sie sind eine zuverlässige und platzsparende Lösung, die sich durch die Reflow-Lötfähigkeit für automatisierte Produktionslinien eignet.

TDK hat PTC-Heizelemente für Heizmodule für Luft und Flüssigkeiten zur Batteriebeheizung entwickelt. Sie erwärmen die Batterie schnell und bergen aufgrund ihrer selbstregulierenden Eigenschaften keine Verbrennungsgefahr. Darüber hinaus behalten die PTC-Heizelemente auf Keramikbasis ihre Produkteigenschaften über die gesamte Lebensdauer bei.

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 Temperatursensoren SMD-NTC-Sensoren SMD-PTC-Sensoren PTC-Heizelemente

Bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen (xEVs) ist ein effizientes Batteriemanagement besonders wichtig. Dessen wichtigste Aufgabe besteht darin, jederzeit den Zustand der Batterie zu kennen. Um die Reichweite zu maximieren, muss der Lade- und Entladestrom präzise und zuverlässig gemessen werden. Insbesondere Hochspannungsbatterien (400 V/800 V) in xEVs erfordern eine galvanisch getrennte Strommessung mit hohem Sicherheitsstandard.

Lösungen von TDK

TDK hat eine Stromsensorlösung für das Batteriemanagement in xEVs entwickelt. Dank der TMR-Sensortechnologie (Tunnel Magneto Resistive) lässt sich der Strom berührungslos und galvanisch getrennt von der Hochspannungsbatterie erfassen. Das kernlose Systemdesign reduziert das Gewicht und die Baugröße des Modulsystems. CUR 423x ist für die präzise Strommessung in sicherheitsrelevanten Anwendungen ausgelegt.

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Elektromotoren arbeiten am besten bei Temperaturen um +100 °C. Bei höheren Temperaturen sinkt die Motorleistung rapide. Temperatursensoren dienen daher dazu, die Leistung von Elektromotoren zu begrenzen. Darüber hinaus schützen diese Sensoren die Wickel des Stators vor zu hohen Temperaturen und die Motorisolierung vor Beschädigung. Daher müssen diese Sensoren müssen schnell auf Temperaturänderungen reagieren, den anspruchsvollen mechanischen und umgebungsbedingten Belastungen standhalten und ein montagefreundliches Konzept bieten, das den Integrationsaufwand reduziert. 

Lösungen von TDK

Temperatursensoren von TDK bieten einfache und smarte Clip- und Verriegelungssysteme, um die Sensoren einfach und schnell zu integrieren. Ein zusätzliches Kleben oder Befestigen ist nicht erforderlich. Die Temperatursensoren sind beständig gegen ATF-Öl (Automatic Transmission Fluid) und bieten eine hohe Durchschlagsfestigkeit bei gleichzeitig hervorragender thermischer Leitfähigkeit. Darüber hinaus bietet TDK auch alternative Materialien zum Umkapseln von Sensoren an, beispielsweise harte oder weiche Sensorgehäuse, um die Integration der Sensoren für den Kunden zu vereinfachen.

• Einfache Montage und Demontage 
• Robustes Verriegelungssystem 
• Hervorragende thermische Leitfähigkeit 
• Hohe Durchschlagsfestigkeit 
• Widerstand gegen Automatik-Getriebeöl (ATF-Öl)

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Insbesondere in Hochspannungssystemen arbeiten Inverter unter hoher Last. Durch diese hohe Belastung erhitzt sich das gesamte System, wodurch die Gesamtperformance des Systems sinkt. Damit der Inverter optimal arbeitet, muss die Temperatur kontrolliert und das System gegebenenfalls sogar aktiv gekühlt werden. Gleichzeitig ist es unerlässlich, die empfindliche Elektronik vor Überhitzung zu schützen, damit der Inverter möglichst lange einsatzfähig bleibt.

Lösungen von TDK

Das Portfolio von TDK umfasst NTC-Temperatursensoren mit Ringzungen-Serie zur Überwachung der Inverter-Temperatur. Durch diese Art der Befestigung ist die Wärmeanbindung gut und der Temperaturversatz gering. Darüber hinaus sind die Sensoren von TDK für den Betrieb unter hohen Spannungen validiert.

• Einfache und flexible Montage 
• Hohe Durchschlagsfestigkeit 
• Gute Wärmeanbindung 
• Kurze Ansprechzeit 
• Kompatibel mit verschiedenen Oberflächen

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Fahrzeug-Ladestecker werden während des Ladens sehr heiß. Um die Temperatur zuverlässig zu überwachen und zu hohe Temperaturen zu vermeiden, müssen die in Steckverbindersystemen verwendeten Temperatursensoren laut der IEC die Mindestanforderungen der DIN-Norm IEC TS 62196-3 1 erfüllen. Aus diesem Grund sind Temperatursensoren mit einer stabilen Messgenauigkeit und einer engen Temperaturtoleranz unabdingbar.

Lösung von TDK

Die Serie K862 bietet ein miniaturisiertes Design. Die kleinen keramischen Sensorgehäuse verbinden die Sensoren optimal mit der Oberfläche der Anschlussstifte und gewährleisten einen hervorragenden Wärmekontakt. Sie sind für eine hohe Durchschlagsfestigkeit von bis zu 4 kV (AC) ausgelegt. 

• Miniaturisiertes Design
• Hohe Durchschlagsfestigkeit
• Hervorragende Wärmeleitfähigkeit

Auch oberflächenmontierbare PTC-Grenztemperaturfühler in den SMD-Größen 0402, 0603 und 0805 stehen zur Verfügung. Dabei handelt es sich um eine zuverlässige und platzsparende Lösung, die sich für automatisierte Produktionslinien eignet.

• Kleine Abmessungen 
• Schnelle und zuverlässige Ansprechzeit 
• Reflow-Löten möglich

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 Temperatursensoren SMD-NTC-Sensors SMD-PTC-Sensors